EP3311883A1 - Anschlussstift und durchführung - Google Patents

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EP3311883A1
EP3311883A1 EP16195002.7A EP16195002A EP3311883A1 EP 3311883 A1 EP3311883 A1 EP 3311883A1 EP 16195002 A EP16195002 A EP 16195002A EP 3311883 A1 EP3311883 A1 EP 3311883A1
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EP
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layer
coating
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nitride
pin
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Hella Eigenbrod
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Biotronik SE and Co KG
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    • H01R2201/12Connectors or connections adapted for particular applications for medicine and surgery

Definitions

  • the invention relates to a connecting pin for the electrical connection of a cable carrier, which is provided for material connection to a conductor surface of the cable carrier. It further relates to an implementation of an implantable electromedical device (IMD).
  • IMD implantable electromedical device
  • IMDs implantable medical devices
  • IMDs implantable medical devices
  • many devices can accurately measure and record electrical impulses and stimuli in the patient's body over a longer period of time to select a customized therapy and verify the success of the treatment in vivo.
  • electronic / electrical functional units for generating and measuring the pulses and for suitable control of pulse generation are accommodated in the housing of the device, and electrodes or connections for at least one electrode line are provided directly on the device, in the distal end section of which the electrodes for Momentum transfer are attached to the tissue.
  • the electronic / electrical functional units inside the unit are to be connected in a manner with the outer electrodes or electrode lead terminals, which ensures an absolutely and permanently reliable function under the special conditions of the implanted state.
  • the object of an implementation is the electrical signals through the hermetically closed To lead housing and thus to allow electrical contact of the electronics in the hermetically sealed housing with the electrodes in the body of the patient.
  • feedthroughs pins are used for this purpose, which are contacted in the interior of the device with the circuit board located there or a similar conductor carrier and guide the signals through the housing.
  • pin-plate constructions are used as connecting elements, in which an elongated connection element (pin) pierces an insulation body of the implementation and is used for welding to a head part of the IMD, while a placed on the housing-side end of the pin slide the Contact to the device electronics (PCB) manufactures.
  • the pin may be made of materials such as Nb or PtIr and the plate of Cu or Ni, the pin is hard-soldered in the insulating body, and the plate is also typically soldered hard to the end of the pin or connected to it via a laser welding point.
  • the plate is usually protected by a solder layer (pre-tinning) or with a thin Pd layer from oxidation.
  • pins which have a non-expensive platinum, platinum / iridium or palladium core and a conductive coating.
  • the coating makes it possible on the one hand, oxidation of the terminal pin under the conditions of use On the other hand, it allows the terminal pin to be connected to a printed circuit board by a soldering process.
  • US 2011/0303458 A1 discloses pins with partially multilayered structure and their use in IMD implementations.
  • soldering In the course of miniaturization and advances in electronics, soldering technology (soldering) has changed rapidly in recent years. Manual assembly processes were increasingly superseded by fully automated pick & place machines and the through hole technology (THT) was gradually replaced by surface mount (SMT). This allows smaller, more compact circuits and thus gradually leads to smaller, more patient-compatible IMDs. In order to achieve the many advantages of the SMT, feedthroughs must meet the requirements of a surface-mounted component (SMD).
  • SMD surface-mounted component
  • the o. A. known solutions require a high assembly and total manufacturing costs. Components are created which are joined to the bushing after or during high temperature brazing. The additional assembly costs are not insignificant. It can cause the manufacturing costs for the additional components to exceed their material value many times over. The additional components are usually very small and graceful (typically ⁇ 1 mm) and therefore difficult to place and align. Furthermore, separate production aids are needed for mounting the additional components. The components must be stored and checked separately before assembly and require additional batch control and inspection.
  • the additional joining process between the pin and the additional element (plate) potentially creates rejects. If the joining process of the pencil takes place from components integrated with the joining process of the implementation, then an additional sorting test must be carried out in which the process of pin joining is judged. After joining, the joint must be examined for adhesion, sufficient stability and durability. In principle, tilting and misalignment of the components of the stylus and, as a result, misalignment in placement on the circuit board can occur. This must be determined in a separate test step and avoided and tested during bushing assembly.
  • the object of the invention is to provide a comparison with known arrangements improved pin, which is particularly inexpensive to manufacture and process and yet of high quality and its use allows a reduced testing and assembly costs during assembly (SMT) of bushings.
  • the connecting pin has a thickened end and at least part of the surface of the thickened end has a soft-solderable coating with at least two superimposed functionally differentiated partial layers, of which the uppermost layer is an oxidation protection layer under which the solder joint layer and / or an adhesion promoter layer is provided.
  • This causes the proposed pin to be mated to an ordinary SMD board or similar wire carrier by an established soldering process, which soldering process is compatible with established processes and materials and provides a long term stable connection.
  • the multi-part coating of the connection pin enables the optimization of the quality / cost ratio, the shelf life and the handling properties.
  • the coating is constructed in such a way that it comprises the adhesion promoter layer on a pin body and at least indirectly above it the solder joint layer and at least indirectly above it the oxidation layer.
  • the coating can cover the entire surface of the thickened end, which enables a technologically particularly simple generation of the coating.
  • a coating can lead to the advantageous embodiment of a direct soldering of the connecting pin to the conductor carrier or else for bonding connecting wires to the connecting pin.
  • the solder joint layer may contain at least one noble metal or one of the metals nickel, copper, silver, tin or an alloy with at least one of these metals. Typical layer thicknesses are a few micrometers. It is also possible to use related metals, for example one or more of the elements iridium, rhodium or ruthenium. It is understood that also very different alloys of at least two of the elements mentioned here, advantageously in particular commercially relatively inexpensive available alloys, can be used in the practice of the invention. In particular, copper or titanium, but also biocompatible elements such as tantalum, niobium or molybdenum and, in turn, alloys thereof are also suitable as the material of the untreated connecting pin or of the pin main body.
  • the adhesion promoter layer can in particular a of the metals palladium, tungsten, platinum or tantalum or one of the compounds niobium nitride, nickel nitride, titanium nitride, copper nitride or the like.
  • the terminal pin may be made of a low cost substrate (eg, copper, constantan, nickel).
  • the post is coated after the molding process with a biocompatible material (eg titanium, tantalum, niobium, platinum, palladium or alloys thereof). The coating must include at least the part that is not within the later IMD housing.
  • a partial layer of the coating is formed as an oxidation protective layer, and in particular comprises at least one of the noble metals, such as gold, platinum, palladium or the like.
  • the oxidation protection layer may be applied over or under the soft solderable coating. It may also be useful to produce a plurality of superposed oxidation protection layers and to combine or stack them one above the other to achieve a particularly high durability of the implementation formed with such a pin.
  • the coating or at least one layer thereof is designed as a galvanic coating or as a thin film produced by a vacuum coating method.
  • Useful layer thicknesses are between 0.01 ⁇ m (for a thin-film process) and 10 ⁇ m (for a galvanic process). Both versions have specific advantages and disadvantages; For example, the layer occupancy in electroplating is very selective, but the layer is often contaminated with foreign substances from the electroplating bath. The sputtering under vacuum is done on all sides and with very high purity.
  • the coating on the pen can be sealed until further processing.
  • a polymer or an organic protective film can be used (OSP - Organic Surface Protection).
  • Known protective films eg Glicoat, ENTEK +
  • Typical layer thicknesses are from 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m and contain, for example, substituted imidiazoles and / or triazoles.
  • the protective film typically prevents oxidation of the base material during storage for several months and pyrolyzes immediately before or during the soldering process. Combustion residues on the blanks can be removed without residue during the established washing processes in automated plants.
  • Other possibilities are the coating by an element of the noble metal groups.
  • the thickened end portion is formed rotationally symmetrical at the end of the connecting pin substantially in the manner of a nail head.
  • the production of the thickened nail end can be done by forming processes, this is a drawn wire of Nb / PtIr / Ni / Ta / Cu o. ⁇ . Tailored to the desired length. Subsequently, a head is upset at one end.
  • the shape of the nailhead can be further determined by original molding techniques, i. H. by casting or alternative manufacturing methods, or by machining.
  • the shaping at the end of the pin of the contact surface (land pattern) of the printed circuit board (PCB) is adjusted.
  • Known and commonly used surfaces are rectangles, hexagons and octagons or other polygons.
  • the corners of the forming tool must be rounded so that the pin can be formed after forming.
  • the contact area between feedthrough pin and circuit board is increased, whereby the contact resistance can be reduced and the load capacity of the joint connection between the pin and board can be increased.
  • a particular conical or hemispherical portion is formed at the end of the connecting pin, which tapers to the extreme end, or even a balloon-like "essay".
  • an additional geometry on the underside of the pin which takes over the function of a support surface on the board, for the following reason:
  • the pin should not complete the entire surface of the board during the Weichlötvones. It forms a defined solder gap between the pin and board in the liquid solder can penetrate or in the solder paste when placing the implementation in the solder paste (solder paste) and the other of the components is not completely displaced or remains at defined locations.
  • the pin ends pointed or sharp-edged so that they can center or fix themselves by defined pressing in the substrate material of the printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • FIGS. 2 to 7 is the pin in each case, based on Fig. 1 and independently of the divergent geometrical shapes, denoted uniformly by the numerals 13 and 13 ', respectively, and the designations of individual sections or of the respective coating are selected accordingly.
  • Fig. 2 shows a connection pin 13 with a cylindrical body 13a which is cylindrical over most of its extension and a step 13b which is steppedly thickened and likewise cylindrical.
  • a coating 15 is applied, which comprises a lower adhesion promoter layer 15a, a solder joint layer 15b covering it, and an overlying oxidation protection layer 15c.
  • Fig. 3 shows a further pin 13 with a very similar structure as in Fig. 2 shown, which differs from that, however, by a balloon-like rounded thickened end 13b.
  • the structure of the coating is the same as in Fig. 2 ,
  • Fig. 4 shows, as another example, a connecting pin 13 ', which comprises a cylindrical body 13a with constant diameter between both ends. At one of the ends of the end face and a portion of the circumference of the body 13a comprehensive coating 15 is provided, the structure of which of the coatings FIGS. 2 and 3 equivalent. Due to the multi-part coating results in a thickening of the terminal pin at the coated end, the extent of which, however, significantly lower than the pins after FIGS. 2 and 3 is.
  • Fig. 5 shows as another example a pin 13, in which again - as in FIGS. 2 and 3 - At the end of the cylindrical portion 13 a, a step-like integral thickening 13 b is provided from the material of the pin body. This has the shape of a cylindrical section with a crowned free end face or end face.
  • the structure of the coating 15 corresponds to the aforementioned examples.
  • Fig. 6 shows a further example of a pin 13 with basically the same structure as in Fig. 2, 3rd and 5 but with a thickened end portion 13b in the form of a spherical segment which is slightly larger than a hemisphere.
  • connection pin 13 the larger cylindrical portion 13a widens conically to a frusto-conical end 13b. Otherwise, the structure here again is the same as in the aforementioned embodiments.
  • the embodiment of the invention is possible in many other embodiments and in various combinations of the features described above as features of various embodiments, in particular with more than two-part or two-layer coating systems, with materials other than those mentioned above and in many geometric configurations of the respective thickenings or more remote areas of smaller diameter.

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Abstract

Anschlussstift zum elektrischen Anschluss eines Leitungsträgers, wobei der Anschlussstift zur stoffschlüssigen Anbindung an eine Leiterfläche des Leitungsträgers ein verdicktes Ende hat und mindestens ein Teil der Oberfläche des verdickten Endes eine weichlötbare Beschichtung mit mindestens zwei übereinanderliegenden funktional differenzierten Teilschichten aufweist, von denen eine eine Lötverbindungsschicht ist und über der Lötverbindungsschicht eine Oxidationsschutzschicht und/oder unter der Lötverbindungsschicht eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Anschlussstift zum elektrischen Anschluss eines Leitungsträgers, der zur stoffschlüssigen Anbindung an eine Leiterfläche des Leitungsträgers vorgesehen ist. Sie betrifft des Weiteren eine Durchführung eines implantierbaren elektromedizinischen Gerätes (IMD).
  • Die meisten praktisch bedeutsamen implantierbaren medizinischen Geräte (IMDs) sind dazu vorgesehen, über geeignet platzierte Elektroden elektrische Impulse an reizbares Körpergewebe abzugeben. Ferner können viele Geräte elektrische Impulse und Reize im Körper des Patienten gezielt messen und über einen längeren Zeitraum aufzeichnen oder auswerten, um eine individuell angepasste Therapie zu wählen und den Erfolg der Behandlung in vivo zu überprüfen.
  • Um diese Funktionen auszuführen, sind im Gehäuse des Gerätes elektronische/elektrische Funktionseinheiten zur Erzeugung und Messung der Impulse und zur geeigneten Steuerung der Impulserzeugung untergebracht, und außen am Gerät sind unmittelbar Elektroden oder Anschlüsse für mindestens eine Elektrodenleitung vorgesehen, in deren distalem Endabschnitt die Elektroden zur Impulsübertragung an das Gewebe angebracht sind. Die elektronischen/elektrischen Funktionseinheiten im Geräteinneren sind in einer Weise mit den äußeren Elektroden oder Elektrodenleitungsanschlüssen zu verbinden, die unter den speziellen Bedingungen des implantierten Zustandes eine absolut und dauerhaft verlässliche Funktion gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird von sogenannten Durchführungen übernommen, die Gegenstand zahlreicher und höchst unterschiedlicher Entwicklungen gewesen sind. Die Aufgabe einer Durchführung besteht darin, die elektrischen Signale durch das hermetisch geschlossene Gehäuse zu führen und so einen elektrischen Kontakt der Elektronik im hermetisch dichten Gehäuse mit den Elektroden im Körper des Patienten zu ermöglichen. In vielen solchen Durchführungen werden hierfür Anschlussstifte eingesetzt, die im Geräteinneren mit der dort befindlichen Leiterplatte oder einem ähnlichen Leitungsträger kontaktiert werden und die Signale durch das Gehäuse führen.
  • Die US 7,747,321 B2 offenbart, wie in Fig. 1 gezeigt, einen Herzschrittmacher 1 mit einem Schrittmachergehäuse 3 und einem Kopfteil (Header) 5, in dessen Innerem neben anderen elektronischen Komponenten eine Leiterplatte (PCB) 7 angeordnet und mit dessen im Header angeordneten (nicht gezeigten) Leitungsanschluss eine Elektrodenleitung 9 verbunden ist. Eine zwischen Gerätegehäuse 3 und Header 5 vorgesehene Durchführung 11 umfasst eine Mehrzahl von Anschlussstiften 13. Die Anschlussstifte sind an einem Ende durch eine entsprechende Bohrung in der Leiterplatte gesteckt und mit dieser weich verlötet. Sie umfassen einen Draht-Kern, etwa aus Tantal, Niob, Titan, Molybdän oder Kupfer und eine oxidationsbeständige Ummantelung aus einem biokompatiblem Material, etwa Gold, Platin, Titan oder ähnlichem.
  • In bekannten Durchführungskonstruktionen werden als Anschlusselemente Stift-Plättchen-Konstruktionen benutzt, bei denen ein langgestrecktes Anschlusselement (Stift) einen Isolationskörper der Durchführung durchstößt und zum Anschweißen an ein Kopfteil des IMD genutzt wird, während ein auf das gehäuse-seitige Ende des Stiftes aufgelegtes Plättchen den Kontakt zur Geräteelektronik (Leiterplatte) herstellt. Der Stift kann aus Materialien wie Nb oder PtIr und das Plättchen aus Cu oder Ni bestehen, der Stift ist im Isolationskörper hart-verlötet, und das Plättchen ist typischerweise ebenfalls hart auf das Ende des Stiftes gelötet oder über einen Laserschweißpunkt mit ihm verbunden. Das Plättchen ist üblicherweise durch eine Lotschicht (Vorverzinnung) oder mit einer dünnen Pd-Schicht vor Oxidation geschützt.
  • Aus der US 7,340,305 B2 ist eine entsprechende Durchführung eines IMD bekannt, in der Anschlussstifte eingesetzt werden, die einen nicht aus teurem Platin, Platin/Iridium oder Palladium bestehenden Kern und eine leitfähige Beschichtung haben. Die Beschichtung ermöglicht es einerseits, eine Oxidation des Anschlussstifts unter den Einsatzbedingungen eines implantierten Gerätes zu steuern bzw. zu begrenzen, und andererseits ermöglicht sie es, den Anschlussstift durch ein Weichlötverfahren mit einer Leiterplatte zu verbinden. Auch die US 2011/0303458 A1 offenbart Anschlussstifte mit partiell mehrschichtigem Aufbau und deren Einsatz bei Durchführungen von IMDs.
  • Aus der US 2016/0104947 A1 ist eine weitere mehrteilige Anschlusselement-Konstruktion einer Durchführung eines IMD bekannt, bei der auf den Anschlussstift anstelle eines Plättchens eine Kappe aus einem gegenüber dem Stift härteren Material aufgesetzt ist, die anschließend in einem Tauchbad mit Lötmittel beschichtet wird.
  • Im Zuge der Miniaturisierung und der Fortschritte der Elektronik hat sich die Weichlöttechnik (Solder) in den letzten Jahren rasant gewandelt. Manuelle Bestückungsprozesse wurden zunehmend von vollautomatischen Pick&Place-Automaten verdrängt und die Through Hole Technology (THT) wurde allmählich durch die Oberflächenmontage (SMT) ersetzt. Dies ermöglicht kleinere, kompaktere Schaltungen und führt somit schrittweise auch zu kleineren, patientenverträglicheren IMDs. Um die vielen Vorteile der SMT erreichen zu können, müssen Durchführungen die Anforderungen an ein oberflächenmontiertes Bauteil (SMD) genügen.
  • Die o. a. bekannten Lösungen erfordern einen hohen Montage- und insgesamt Fertigungsaufwand. Es werden Komponenten erstellt, die nach oder während dem Hochtemperaturlöten (brazing) mit der Durchführung gefügt werden. Der zusätzliche Bestückungsaufwand ist nicht unerheblich. Er kann dazu führen, dass die Fertigungskosten für die zusätzlichen Komponenten deren Materialwert um ein Vielfaches übersteigen. Die zusätzlichen Komponenten sind meist sehr klein und grazil (typischerweise <1 mm) und daher schwierig zu platzieren und auszurichten. Weiterhin werden separate Fertigungshilfsmittel zur Montage der zusätzlichen Komponenten benötigt. Die Komponenten müssen vor der Montage extra gelagert und geprüft werden und benötigen zusätzliche Chargenführung und -kontrolle.
  • Durch den zusätzlichen Fügeprozess zwischen Stift und Zusatzelement (Plättchen) entsteht potenziell Ausschuss. Findet der Fügeprozess des Stiftes aus Komponenten integriert mit dem Fügeprozess der Durchführung statt, so muss eine zusätzliche Sortierprüfung durchgeführt werden, bei der der Prozess des Stiftfügens beurteilt wird. Nach dem Fügen muss die Verbindungsstelle auf Haftung, ausreichende Stabilität und Lebensdauer untersucht werden. Grundsätzlich können eine Verkippung und ein Versatz der Bauteile des Stiftes und dadurch resultierend ein Versatz beim Platzieren auf der Leiterplatte auftreten. Dieser muss in einem gesonderten Prüfschritt festgestellt und bei der Durchführungs-Montage vermieden und geprüft werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber bekannten Anordnungen verbesserten Anschlussstift bereitzustellen, der insbesondere kostengünstig herzustellen und zu verarbeiten und dennoch von hoher Qualität ist und dessen Einsatz einen verringerten Prüf- und Montageaufwand bei der Montage (SMT) von Durchführungen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Anschlussstift mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Mit der Erfindung wird des Weiteren eine Durchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bereitgestellt.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anschlussstift ein verdicktes Ende hat und mindestens ein Teil der Oberfläche des verdickten Endes eine weichlötbare Beschichtung mit mindestens zwei übereinanderliegenden funktional differenzierten Teilschichten aufweist, von denen die oberste eine Oxidationsschutzschicht ist, unter der sich die Lötverbindungsschicht und/oder eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist. Dies bewirkt, dass der vorgeschlagene Anschlussstift auf einer gewöhnlichen SMD-Leiterplatte oder einem ähnlichen Leitungsträger mittels eines etablierten Weichlotverfahrens gefügt werden kann, wobei das Lötverfahren kompatibel zu etablierten Prozessen und Materialien ist und eine langzeitstabile Verbindung liefert. Die mehrteilige Beschichtung des Anschlussstiftes ermöglicht die Optimierung des Qualitäts-/Kosten-Verhältnisses, der Lagerfähigkeit und der Handling-Eigenschaften.
  • Gegenüber etablierten Konfigurationen, die mehrteilige Anschlussstifte beinhalten, ergeben sich folgende spezielle Vorteile:
    • Integration mehrerer Komponenten in eine Komponente
    • Kostengünstigere Produktion ohne Redesign der Produkte bzw. Produktneuentwicklung
    • Geringere Ausschusszahlen
    • Weniger Bestückungsaufwand mit der Folge niedrigerer Kosten
    • Höhere Maß- und Positionsgenauigkeit.
  • In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die Beschichtung so aufgebaut, dass sie auf einem Anschlussstift-Körper die Haftvermittlerschicht und mindestens mittelbar über dieser die Lötverbindungsschicht umfasst und mindestens mittelbar über dieser die Oxidationsschicht.
  • Generell kann die Beschichtung die gesamte Oberfläche des verdickten Endes bedecken, was eine technologisch besonders einfache Erzeugung der Beschichtung ermöglicht. Andererseits kann es zweckmäßig sein, dass die Beschichtung nur den Boden und optional den Umfang oder Teilabschnitte des Umfangs des nagelkopf-artigen verdickten Endes bedeckt. Eine Beschichtung kann zur vorteilhaften Ausführung eines direkten Weichlötens des Anschlussstiftes mit dem Leitungsträger oder auch zum Bonden von Anschlussdrähten an den Anschlussstift führen.
  • Die Lötverbindungsschicht kann mindestens ein Edelmetall oder eines der Metalle Nickel, Kupfer, Silber, Zinn oder eine Legierung mit mindestens eines dieser Metalle enthalten. Typische Schichtdicken betragen einige Mikrometer. Es sind auch verwandte Metalle einsetzbar, so etwa eines oder mehrere der Elemente Iridium, Rhodium oder Ruthenium. Es versteht sich, dass auch verschiedenste Legierungen von mindestens zwei der hier erwähnten Elemente, vorteilhaft insbesondere kommerziell relativ kostengünstig verfügbare Legierungen, bei der Ausführung der Erfindung verwendbar sind. Als Material des unbehandelten Anschlussstiftes bzw. des Stift-Grundkörpers kommen insbesondere Kupfer oder Titan, aber auch biokompatible Elemente wie Tantal, Niob oder Molybdän und auch wiederum Legierungen dieser in Betracht. Die Haftvermittlerschicht kann insbesondere eines der Metalle Palladium, Wolfram, Platin oder Tantal oder eine der Verbindungen Niobnitrid, Nickelnitrid, Titannitrid, Kupfernitrid oder ähnliche aufweisen.
  • Alternativ kann der Anschlussstift aus einem kostengünstigen Substrat (z. B. Kupfer, Konstantan, Nickel) gefertigt sein. In der Ausführung, dass es sich um nicht biokompatibles Material handelt, wird der Stift nach dem formgebenden Verfahren mit einem biokompatiblen Material (z. B. Titan, Tantal, Niob, Platin, Palladium oder Legierungen daraus) beschichtet. Die Beschichtung muss mindestens den Teil umfassen, welcher sich nicht innerhalb des späteren IMDs Gehäuse befindet.
  • In einer weiteren Ausführung, die insbesondere im Kontext des vorgenannten Aspekts der Erfindung steht, ist eine Teilschicht der Beschichtung als Oxidationsschutzschicht ausgebildet, und diese weist insbesondere mindestens eines der Edelmetalle, wie Gold, Platin, Palladium oder ähnliches, auf. Die Oxidationsschutzschicht kann über oder unter die weichlötbare Beschichtung aufgebracht werden. Es kann auch sinnvoll sein, mehrere übereinander aufgebrachte Oxidationsschutzschichten zu erzeugen und diese zu kombinieren oder übereinander zu schichten, um eine besonders hohe Langlebigkeit der mit einem solchen Anschlussstift gebildeten Durchführung zu erreichen.
  • Gemäß einer technologischen Ausgestaltung der Erfindung ist die Beschichtung oder mindestens eine Schicht hiervon als galvanische Beschichtung oder als durch ein Vakuum-Beschichtungsverfahren erzeugte Dünnschicht ausgeführt. Zweckmäßige Schichtdicken liegen zwischen 0,01 µm (für ein Dünnschichtverfahren) und 10 µm (für ein Galvanikverfahren). Beide Ausführungen haben spezifische Vor- und Nachteile; beispielsweise ist die Schichtbelegung bei der Galvanik sehr selektiv, die Schicht jedoch häufig mit Fremdstoffen aus dem Galvanikbad kontaminiert. Das Sputtern unter Vakuum erfolgt allseitig und mit sehr hoher Reinheit.
  • Zum Schutz der Beschichtung vor Verunreinigung, Kontamination und Oxidation kann die Beschichtung auf dem Stift bis zur weiteren Verarbeitung versiegelt werden. Hierfür kann ein Polymer oder ein organischer Schutzfilm verwendet werden (OSP - Organic Surface Protection). Bekannte Schutzfilme (z. B. Glicoat, ENTEK+) können vollständig oder selektiv auf die weichlötbare Schicht oder den ganzen Stift aufgebraucht sein. Typische Schichtdicken betragen 0,2 µm bis 0,6 µm und enthalten zum Beispiel substituierte Imidiazole und/oder Triazole. Der Schutzfilm verhindert die Oxidation des Grundmaterials während der Lagerung typischerweise für mehrere Monate und pyrolysiert unmittelbar vor bzw. während Weichlötprozesses. Verbrennungsrückstände auf den Platinen können während der etablierten Waschprozesse in automatisierten Anlagen rückstandsfrei entfernt werden. Weitere Möglichkeiten bestehen in der Beschichtung durch ein Element der Edelmetallgruppen.
  • In weiteren Ausführungen der Erfindung ist der verdickte Endabschnitt rotationssymmetrisch am Ende des Anschlussstiftes im Wesentlichen in Art eines Nagelkopfes gebildet. Diese Ausführung ist mit seit langem etablierten Stauchverfahren sehr leicht und kostengünstig herzustellen und bietet, je nach konkreter Ausführung, die Möglichkeit einer besonders einfachen Anpassung der Endfläche des Anschlussstiftes an die für die Verbindung mit der entsprechenden Leiterbahn verfügbare Grundfläche.
  • Die Herstellung des verdickten Stiftendes (Nailheads) kann durch umformende Verfahren geschehen, hierzu wird ein gezogener Draht aus Nb/PtIr/Ni/Ta/Cu o. ä. auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Anschließend wird an einem Ende ein Kopf angestaucht. Die Form des Nailheads kann weiterhin durch urformende Verfahren, d. h. durch Gießen oder alternative Fertigungsverfahren, oder durch spanende Formgebung hergestellt werden.
  • In weiteren Ausgestaltungen wird die Formgebung am Ende des Stiftes der Kontaktfläche (Land Pattern) der Leiterplatte (PCB) angepasst. Bekannte und häufig verwendete Grundflächen sind hier Rechtecke, Sechsecke und Achtecke oder andere Polygone. Um die leichte Herstellbarkeit gewährleisten zu können, müssen die Ecken des Umformwerkzeuges verrundet werden, damit der Stift nach dem Umformen ausgeformt werden kann. Die Kontaktfläche zwischen Durchführungsstift und Leiterplatte ist vergrößert, wodurch der Übergangswiderstand gesenkt und die Belastbarkeit der Fügeverbindung zwischen Stift und Platine vergrößert werden können.
  • In weiteren Ausführungen ist am Ende des Anschlussstiftes ein insbesondere kegelförmiger oder halbkugelförmiger Abschnitt ausgeformt, der sich zum äußersten Ende hin verjüngt, oder auch ein ballonartiger "Aufsatz". Vorteilhaft ist eine solche zusätzliche Geometrie an der Unterseite des Stiftes, welche die Funktion einer Auflagefläche auf der Platine übernimmt, aus dem folgenden Grund: Der Stift sollte während des Weichlötprozesses nicht vollflächig mit der Platine abschließen. Es bildet sich ein definierter Lötspalt zwischen Stift und Platine in den flüssiges Weichlot eindringen kann bzw. in dem Lötpaste beim Aufsetzten der Durchführung in die Lötpaste (solder paste) und der anderen der Bauteile nicht komplett verdrängt wird bzw. an definierten Stellen verbleibt.
  • Vorteilhaft kann es im Übrigen sein, die Stiftenden spitz oder scharfkantig ausführen, damit diese sich durch definiertes Andrücken im Substratmaterial der Leiterplatte (PCB) zentrieren bzw. fixieren können. So ist gewährleistet, dass die Durchführung während des Durchfahrens im Reflowofen in der Lötpaste nicht aufschwimmt oder verrutscht. Lötfehler wie Seiten- bzw. Spitzenüberhang können so effektiv vermindert werden. Der Prozess kann hierdurch mit üblichen Prozessparametern ablaufen, auch wenn der Masseschwerpunkt bzw. das Trägheitsmoment der Durchführung designbedingt untypisch für SMD-Bauteile liegen.
  • Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
  • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Herzschrittmachers und
    Fig. 2 bis 7
    jeweils Längsschnittdarstellungen von Anschlussstiften gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • In allen Figuren 2 bis 7 ist der Anschlussstift jeweils, in Anlehnung an Fig. 1 und unabhängig von den abweichenden geometrischen Formen, einheitlich mit den Ziffern 13 bzw. 13' bezeichnet, und die Bezeichnung einzelner Abschnitte oder der jeweiligen Beschichtung ist entsprechend gewählt.
  • Fig. 2 zeigt einen Anschlussstift 13 mit einem über den größten Teil seiner Erstreckung zylindrischen Grundkörper 13a und einem stufenartig verdickten und ebenfalls zylindrischen Ende 13b. Auf der gesamten Oberfläche des verdickten Endes 13b ist eine Beschichtung 15 aufgebracht, die eine untere Haftvermittlerschicht 15a, eine diese abdeckende Lötverbindungsschicht 15b und eine darüber liegende Oxidationsschutzschicht 15c umfasst. Auf dem Umfang des längeren Stiftabschnitts 13a mit geringerem Durchmesser ist hingegen keinerlei Beschichtung dargestellt; ggfs. kann hier eine das Hartverlöten in einer Durchführung fördernde Beschichtung vorgesehen sein, die jedoch im Kontext der vorliegenden Erfindung irrelevant ist.
  • Fig. 3 zeigt einen weiteren Anschlussstift 13 mit sehr ähnlichem Aufbau wie dem in Fig. 2 gezeigten, der sich von jenem jedoch durch ein ballonartig abgerundetes verdicktes Ende 13b unterscheidet. Der Aufbau der Beschichtung ist der gleiche wie bei Fig. 2.
  • Fig. 4 zeigt als weiteres Beispiel einen Anschlussstift 13', der einen zylindrischen Körper 13a mit zwischen beiden Enden konstanten Durchmesser umfasst. An einem der Enden ist eine die Stirnfläche und einen Teil des Umfangs des Grundkörpers 13a umfassende Beschichtung 15 vorgesehen, deren Aufbau demjenigen der Beschichtungen aus Fig. 2 und 3 entspricht. Durch die mehrteilige Beschichtung ergibt sich eine Verdickung des Anschlussstiftes am beschichteten Ende, deren Ausmaß jedoch deutlich geringer als bei den Anschlussstiften nach Fig. 2 und 3 ist.
  • Fig. 5 zeigt als weiteres Beispiel einen Anschlussstift 13, bei dem wiederum - wie in Fig. 2 und 3 - am Ende des zylindrischen Abschnitts 13a eine stufenartige integrale Verdickung 13b aus dem Material des Anschlussstift-Körpers vorgesehen ist. Diese hat hier die Gestalt eines zylindrischen Abschnitts mit ballig ausgeführter freier Stirnfläche bzw. Endfläche. Der Aufbau der Beschichtung 15 entspricht den vorher genannten Beispielen.
  • Fig. 6 zeigt als weiteres Beispiel einen Anschlussstift 13 mit grundsätzlich gleichem Aufbau wie bei Fig. 2, 3 und 5, jedoch mit einem verdickten Endabschnitt 13b in Form eines Kugelsegments, welches etwas größer als eine Halbkugel ist.
  • Fig. 7 schließlich zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Anschlussstift 13, dessen größerer zylindrischer Teil 13a sich konisch zu einem kegelstumpfförmigen Ende 13b erweitert. Ansonsten ist hier der Aufbau wiederum der gleiche wie bei den vorgenannten Ausführungen.
  • Die Ausführung der Erfindung ist in vielerlei anderen Ausführungen und in verschiedensten Kombinationen der oben als Merkmale verschiedener Ausführungsformen dargestellten Merkmale möglich, insbesondere auch mit mehr als zweiteiligen bzw. zweischichtigen Beschichtungssystemen, mit anderen als den oben genannten Materialien und in vielerlei geometrischen Ausgestaltungen der jeweiligen Verdickungen bzw. endferneren Bereiche geringeren Durchmessers.

Claims (10)

  1. Anschlussstift (13; 13') zum elektrischen Anschluss eines Leitungsträgers (7), wobei der Anschlussstift zur stoffschlüssigen Anbindung an eine Leiterfläche des Leitungsträgers ein verdicktes Ende (13b) hat und mindestens ein Teil der Oberfläche des verdickten Endes eine weichlötbare Beschichtung (15) mit mindestens zwei übereinanderliegenden funktional differenzierten Teilschichten (15a, 15b, 15c) aufweist, von denen eine eine Lötverbindungsschicht ist und über der Lötverbindungsschicht eine Oxidationsschutzschicht und/oder unter der Lötverbindungsschicht eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist.
  2. Anschlussstift nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (15) auf einem Anschlussstift-Körper die Haftvermittlerschicht (15a) und mindestens mittelbar über dieser die Lötverbindungsschicht (15b) und mindestens mittelbar über dieser die Oxidationsschutzschicht (15c) umfasst.
  3. Anschlussstift nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung (13a; 13a') die gesamte Oberfläche des verdickten Endes bedeckt.
  4. Anschlussstift nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung (15) nur den Boden und optional den Umfang oder Teilabschnitte des Umfangs des verdickten Endes (13b) bedeckt.
  5. Anschlussstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lötverbindungsschicht (15b) mindestens eines der Metalle Gold, Platin, Kupfer, Silber, Nickel, Iridium und Palladium und die Haftvermittlerschicht mindestens eines der Metalle Palladium, Wolfram, Platin oder Tantal oder eine der Verbindungen Niobnitrid, Titannitrid, Kupfernitrid oder Nickelnitrid oder ähnliche aufweist.
  6. Anschlussstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anschlussstift-Körper (13a, 13b) aus einem Nichtedelmetall gebildet ist und eine direkt das Nichtedelmetall berührende Schicht der Beschichtung (15a) als Haftvermittlerschicht ausgebildet ist und insbesondere mindestens eines der Metalle Palladium, Wolfram, Platin oder Tantal oder eine der Verbindungen Niobnitrid, Titannitrid, Kupfernitrid oder Nickelnitrid aufweist.
  7. Anschlussstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (15) oder mindestens eine Schicht hiervon als galvanische Beschichtung oder als durch ein Vakuum-Beschichtungsverfahren erzeugte Schicht ausgeführt ist.
  8. Anschlussstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einem Abschnitt, der eine Teilschicht mit einem biokompatiblen Material aufweist, wie Titan, Tantal, Niob, Gold, Platin, Palladium oder einer Legierung mindestens eines dieser Metalle.
  9. Anschlussstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verdickte Ende (13b) des Anschlussstiftes einen als Zylinder, Kegelstumpf oder Kugelabschnitt oder als vier- oder mehreckiges Prisma oder vier- oder mehrseitiger Pyramidenstumpf im Wesentlichen in Art eines Nagelkopfes gebildeten Erweiterungsabschnitt aufweist.
  10. Durchführung (11) eines implantierbaren elektromedizinischen Gerätes (1), insbesondere eines Herzschrittmachers oder Kardioverters, die mindestens einen Anschlussstift (13a; 13a') nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
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